DE10230958A1 - Fuel injection system, for an IC motor using LPG fuel, has an additional fuel pump in the fuel line to the injection pump to increase the fuel pressure in the flow from the tank - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung beschreibt ein Kraftstoffdirekteinspritzsystem, insbesondere Common-Rail-Direkteinspritzsystem zur direkten Einspritzung von Flüssiggas (LPG) oder anderer fremdgezündeten, flüssigen Kraftstoffen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.The invention describes a direct fuel injection system, in particular common rail direct injection system for direct injection of liquid gas (LPG) or other spark ignited, liquid Fuels in the combustion chamber of an internal combustion engine.
Flüssiggas, auch LPG (Liquified-Petroleum-Gas) oder Autogas bezeichnet, ist ein Propan-Butan-Gemisch mit von Region zu Region unterschiedlichen Gemischanteilen, das aufgrund von Speicherung unter relativ geringem Überdruck (ca.7 bar bei Raumtemperatur) in flüssiger Form im Kraftstofftank vorliegt (aus diesem Grunde hier des weiteren mit „Mitteldruckkraftstoff" bezeichnet, in Abgrenzung zu den bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck flüssigen Kraftstoffen [„Niederdruckkraftstoffe"] , wie Benzin, Diesel, Alkohole oder ähnliche.), bei Atmosphärendruck aber gasförmig ist.Liquefied petroleum gas, also LPG (Liquified Petroleum Gas) or called LPG, is a propane-butane mixture from region to region different mixture proportions due to storage under relatively little overpressure (approx. 7 bar at room temperature) in liquid form in the fuel tank is present (for this reason also referred to here as "medium pressure fuel", in delimitation to fuels that are liquid at room temperature and atmospheric pressure ["low-pressure fuels"], such as petrol, diesel, Alcohols or the like.), at atmospheric pressure but gaseous is.
Stand der Technik bei der Zuführung von Niederdruckkraftstoffen
ist die Direkteinspritzung, bei der Kraftstoff mit Hochdruck in
den Brennraum der Brennkraftmaschine direkt eingespritzt wird, mit
geschichteter Ladung bei Teillast bei fremdgezündeten Kraftstoffen („Innovationen
für sicheres,
sauberes und sparsames Autofahren [Komponenten, Module, Systeme]", Informationsbroschüre der Firma
Bosch mit der Nummer 1 987 485-ZVW2-0100-D, Seite 4
Bei den bisher bekannten und auf dem Markt erhältlichen Systemen zur Zuführung von Flüssiggas in den Brennraum einer Brennkraftmaschine drückte sich das Flüssiggas aus dem speziellen, druckfesten Flüssiggastank (Abblasüberdruck des Drucksicherheitsventils: 30 bar) durch den eigenen Überdruck in einen Verdampfer-Druckregler, wo es, durch Reduzierung des Überdrucks und unter Zuführung von Wärmeenergie zum Ausgleich der Verdampfungskälte, aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand überführt und in diesem gasförmigen Aggregatzustand dem Ansaugtrakt des Motors zugeführt wurde, entweder angesaugt durch den Unterdruck der im Ansaugtrakt strömenden Verbrennungsluft oder durch, über eine eigene, zusätzliche Regelungseinheit geregeltes, aktives Einblasen vor die Einlaßventile der Brennkraftmaschine.With the previously known and on available on the market Feeding systems of LPG in the LPG squeezed into the combustion chamber of an internal combustion engine from the special, pressure-resistant liquid gas tank (blow-off pressure pressure safety valve: 30 bar) due to its own overpressure in an evaporator pressure regulator, where there is, by reducing the overpressure and with advancement of thermal energy to compensate for the evaporative cold, from the liquid in the gaseous Condition transferred and in this gaseous Physical state was supplied to the intake manifold of the engine, either inducted by the negative pressure of the combustion air flowing in the intake tract or by, via a own, additional Control unit controlled, active blowing in front of the intake valves the internal combustion engine.
Den aktuellen Stand der Technik bei
der Zuführung
von Flüssiggas
repräsentiert
die Zuführung des
Flüssiggases
in den Ansaugtrakt in flüssigem
Zustand, wobei durch eine Pumpe in Verbindung mit einem Druckregler
sicher gestellt werden soll, dass das Flüssiggas die Einspritzventile
in der Flüssigphase erreicht,
indem der Druck des Flüssiggases
ständig 2–3 bar höher gehalten
wird als der Flüssiggasdruck im
Tank. (http://www.gasautogasanlagen.de/Autogasanlagen/autogasanlage.html
und http://www.autogastechnik.de/technik.html). (
Für den bivalenten Betrieb von Brennkraftmotoren mit fremdgezündeten Niederdruckkraftstoff in Kombination mit Flüssiggas werden bisher für jeden Kraftstoff ein eigenes Kraftstoffzuführungssystem benutzt. Dies hat einen relativ hohen Bauaufwand zur Folge.For the bivalent operation of internal combustion engines with spark-ignited low-pressure fuel in Combination with liquid gas have been for each fuel uses its own fuel delivery system. This has a relatively high construction cost.
Weiter führt die Einspritzung von Flüssiggas vor die Einlaßventile nach wie vor zur Verdrängung von angesaugter Luft durch das verdampfende Brenngas und damit zur Verringerung der zur Verbrennung zur Verfügung stehenden Gemischmasse.Furthermore, the injection of LPG demonstrates the intake valves still to oust air sucked in by the evaporating fuel gas and thus for reduction available for combustion standing mixture mass.
Außerdem ist mit der Einspritzung von Kraftstoff vor die Einlaßventile kein Betrieb mit geschichteter Ladung möglich.Also with the injection of fuel upstream of the intake valves operation with stratified charge is not possible.
Die in
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass eine zusätzliche elektronische Kontrolleinheit die Druckschwankungen durch Variation der Flüssiggaseinspritzventilöffnungszeiten ausgleichen muß. Bei bivalentem Betrieb muß sie dazu die Signale der elektronischen Regelung des Benzineinspritzsystems modifizieren. Wenn nun die Modifikationen der zusätzlichen elektronischen Kontrolleinheit nicht auch durch die Lambda-Sonde beeinflusst wird, gibt es Probleme mit der Abgasreinigung.Another disadvantage is that an additional electronic control unit the pressure fluctuations by variation the LPG injector opening times must compensate. In the case of bivalent operation, it must To do this, modify the signals of the electronic control of the gasoline injection system. If now the modifications of the additional electronic control unit is not also affected by the lambda probe, there are problems with exhaust gas cleaning.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Diese Probleme werden durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst, indem die vorliegende Erfindung bewirkt, daß
- a) auch Flüssiggas direkt und flüssig in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, wodurch es u.a.
- b) keinerlei Rückzündungsprobleme mehr gibt und daß,
- c) durch das Zusammenführen der Benzin- und Flüssiggaskraftstoffleitungen vor der Hochdruckpumpe des Einspritzsystems, mit einem Einspritzsystem und einer Einspritzregeleinheit wahlweise sowohl Niederdruckkraftstoffe (Benzin oder Diesel oder ähnliches), als auch Mitteldruckkraftstoff (Flüssiggas = Autogas = LPG = Liquified-Petroleum-Gas) oder ein Gemisch aus beidem direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
- d) eine zusätzliche elektronische Kontrolleinheit, die Druckschwankungen des Flüssiggases durch Veränderung der Einspritzventilöffnungszeiten abfängt, überflüssig wird, da die Temperatur des Flüssiggases als beeinflussender Parameter durch die Hochdruckeinspritzung keine Rolle mehr spielt.
- e) durch den Wegfall der konkurrierenden zusätzlichen Einspritzregelung beim Betrieb mit Flüssiggas die Funiction der Lambda-Sonde auch in diesem Betriebsmodus uneingeschränkt erhalten bleibt. Das hat zur Folge, dass es keine Abgasprobleme gibt.
- f) durch die Messung der Flüssiggastemperatur am Hochdruckpumpeneingang statt im Tank der entscheidende Parameter gemessen wird, um den notwendigen Druck zu ermitteln, der das Flüssiggas in der Flüssigphase hält.
- a) liquid gas can also be injected directly and liquid into the combustion chamber of an internal combustion engine, thereby making it, among other things
- b) there are no longer any reignition problems and that,
- c) by merging the gasoline and liquid gas fuel lines in front of the high-pressure pump of the injection system, with an injection system and an injection control unit, both low-pressure fuels (petrol or diesel or similar), as well as medium-pressure fuels (liquefied petroleum gas = LPG = liquefied petroleum gas) or a mixture of both directly in the combustion chamber of an internal combustion engine can be injected.
- d) an additional electronic control unit, which absorbs pressure fluctuations in the liquid gas by changing the injection valve opening times, becomes superfluous, since the temperature of the liquid gas no longer plays a role as an influencing parameter due to the high-pressure injection.
- e) the elimination of the competing additional injection control when operating with liquefied petroleum gas means that the lambda probe remains fully functional even in this operating mode. As a result, there are no exhaust gas problems.
- f) by measuring the liquid gas temperature at the high-pressure pump inlet instead of in the tank, the decisive parameter is measured in order to determine the necessary pressure that keeps the liquid gas in the liquid phase.
Weitere Vorteile der Erfindung:Further advantages of the invention:
- a) Flüssiggas ist ein Produkt, welches bei der Verarbeitung von Rohöl zu Kraftstoffen automatisch anfällt. Seine Nutzung erhöht somit den Ausnutzungsgrad des Rohöls.a) LPG is a product used in the processing of crude oil into fuels automatically arises. Its use increased thus the degree of utilization of the crude oil.
- b) gegenüber Systemen mit Benzindirekteinspritzung:b) opposite Direct fuel injection systems:
- 1. die höhere Energiedichte (ca.2%) des LPG-Luft-Gemisches steigert die Leistung1. the higher Energy density (approx. 2%) of the LPG-air mixture increases performance
- 2. die höhere Oktanzahl von LPG und die bessere innere Gemischkühlung erlauben eine höhere Verdichtung, die wiederum auch bei Volllast den Wirkungsgrad, das Drehmoment und die Leistung steigert.2. the higher Allow the octane number of LPG and the better internal mixture cooling a higher compression, which in turn, even at full load, the efficiency, the torque and increases performance.
- 3. die Rohemissionen von umweltbelastenden Schadstoffen verringert sich, insbesondere beim Kaltstart, weil eine Anfettung des Kraftstoff-Luftgemisches nicht nötig ist.3. Reduces the raw emissions of polluting pollutants itself, especially during a cold start, because the fuel-air mixture is enriched not necessary is.
- 4. die CO2-Emission verringert sich um bis zu 20 %4. CO2 emissions are reduced by up to 20%
- 5. da Flüssiggas so gut wie kein Schwefel enthält wird die Abgasreinigung vereinfacht 5. because liquid gas contains almost no sulfur simplifies exhaust gas cleaning
- 6. gesundheitsschädliche toxische Emissionen von PAK, Aldehyden, Benzol, Toluol vermindern sich6. Harmful toxic emissions of PAHs, aldehydes, benzene and toluene are reduced
- 7. keine Grundwassergefährdung durch LPG, da es nicht wasserlöslich ist7. no groundwater hazard by LPG as it is not water soluble is
- 8. die Lebensdauer von Motor und Zündkerzen verlängert sich durch die Verminderung aggressiver Säuren und Kohlenstoffablagerungen und geringere Verwässerung des Schmieröls8. The service life of the engine and spark plugs is extended by reducing aggressive acids and carbon deposits and less watering down of the lubricating oil
- c) Gegenüber Flüssiggassystemen mit Saugrohreinspritzung:c) Opposite LPG systems with manifold injection:
- 1. Reduzierter Kraftstoffverbrauch durch die Direkteinspritzung. Im europäischen Fahrzyklus (NEFZ) beträgt die Einsparung gegenüber Motoren mit herkömmlichen Kraftstoffzuführungsverfahren für Flüssiggas 15–20 %. Hinzu kommt noch die Kraftstoffeinsparung durch die vollständige Füllung der Zylinder mit Verbrennungsluft, wodurch in der Summe Kraftstoffeinsparungen bis zu 30 % möglich sind1. Reduced fuel consumption through direct injection. In the European Driving cycle (NEDC) the saving versus Motors with conventional Fuel supply method for liquid gas 15-20 %. Added to this is the fuel saving through the full filling of the Cylinder with combustion air, which in total saves fuel up to 30% possible are
-
2. es wird kein zweites Einspritzsystem benötigt und auch keine zusätzliche
Regelfunktion für
den Mitteldruckkraftstoff wie in
EP 0 725 208 B1 EP 0 725 208 B1
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawings and in the following Description explained.
Es zeigen
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments
Die Erfindung basiert auf am Markt
käuflichen
Brennkraftmaschinen mit einem Direkteinspritzsystem für Niederdruckkraftstoffe,
das üblicherweise aus
einem Niederdruckkraftstofftank mit einer In-Tank-Pumpe als Bestandteil
eines Kraftstofffördermoduls
gespeist wird. Aus diesem Grunde wird in
In
Die Hochdruckpumpe
Die
An die Niederdruckkraftstoffleitung
Die zweite Kraftstoffpumpe
Bei der Variante mit Kühlung des
Flüssiggases
dient ein Kraftstoffkühler
Die temperaturgesteuerte Druckerhöhung wird
hier durch eine, von der Flüssiggastemperatur gesteuerte,
Pumpe
Die zusätzliche Kraftstoffpumpe
Von der Kraftstoffzuführungsleitung
Im Flüssiggasbetriebsmodus wird das, über den
Bedarf des Motors hinaus geförderte, überschüssige Flüssiggas über die
Rückleitung
für den Mitteldruckkraftstoff
Die Erfindung hat Vorteile auf mehreren Ebenen. Weil das Flüssiggas nun direkt und flüssig in den Brennraum eingespritzt wird, verdrängt es keine Ansaugluft mehr. Dadurch erhöht sich der Füllungsgrad der Zylinder gegenüber Einspritzung in den Ansaugtrakt und damit auch die Leistung des Motors. Gleichzeitig bleiben alle Vorteile des Direkteinspritzverfahrens erhalten. Die zweite Vorteilsebene ist die bauliche Vereinfachung beim Flüssiggassystem. Der Gas-Luftmischer, der Verdampfer-Druckregler, die Kraftstoffpumpe und Einspritzdüsen für das Flüssiggas fallen weg.The invention has advantages in several Levels. Because the LPG now direct and fluid is injected into the combustion chamber, it no longer displaces intake air. This increases the degree of filling of the Cylinder opposite Injection in the intake tract and thus the performance of the Engine. At the same time, all the advantages of the direct injection process remain receive. The second level of advantage is the structural simplification with the liquefied gas system. The gas-air mixer, the evaporator pressure regulator, the fuel pump and injectors for the LPG fall away.
Die dritte Vorteilsebene ist die regelungstechnische Vereinfachung. Weil das vorhandene Regelungssystem für den Niederdruckkraftstoff für beide Kraftstoffarten genutzt werden kann, ist ein eigenes Meß- und Regelsystem für das Flüssiggas entbehrlich und somit treten auch keine konkurrierenden Regelgrößen auf, die Einfluß auf die Zumessung der Kraftstoffmasse nehmen.The third level of benefit is control simplification. Because the existing control system for the Low pressure fuel for Both types of fuel can be used is its own measuring and control system for the LPG not necessary and therefore there are no competing control variables, the influence on take the fuel mass metering.
Abgebildet ist ein Kraftstoffbehälter für Flüssiggas
- 11
- Kraftstoffpumpe der Mitteldruckkraftstoffversorgung (LPG-System)Fuel pump the medium pressure fuel supply (LPG system)
- 22
- Rückschlagventilcheck valve
- 33
- Magnetventilmagnetic valve
- 44
- Kraftstoffpumpe der Mitteldruckkraftstoffversorgung (LPG-System)Fuel pump the medium pressure fuel supply (LPG system)
- 55
- Hochdruckpumpehigh pressure pump
- 66
- Niederdruck-DruckreglerLow-pressure regulator
- 77
- Kraftstoffverteilerrohr (Common-Rail)Fuel rail (Common rail)
- 88th
- HochdruckreglerHigh pressure regulator
- 99
- 2. Kraftstoffpumpe der NiederdruckkraftstoffversorgungSecond Low pressure fuel supply fuel pump
- 1010
- Druckfester Tank für den Mitteldruckkraftstoff (LPG)flameproof Tank for medium pressure fuel (LPG)
- 1111
- Füllleitung der Mitteldruckkraftstoffversorgungfilling line the medium pressure fuel supply
- 1212
- Zuleitung für den Mitteldruckkraftstoffsupply for the Medium-pressure fuel
- 1313
- KurzschlußleitungShort line
- 1414
- KraftstoffkühlerFuel cooler
- 1515
- Magnetventil in der Kurzschlußleitungmagnetic valve in the short-circuit line
- 1616
- Rückleitung für den Niederdruckkraftstoffreturn for the Low pressure fuel
- 1717
- Temperaturfühlertemperature sensor
- 1818
- Flüssiggas (LPG)LPG (LPG)
- 1919
- Rückleitung für den Mitteldruckkraftstoffreturn for the Medium-pressure fuel
- 2020
- Gemeinsame Kraftstoffleitungcommon Fuel line
- 2121
- Magnetventil für die Kühlmittelzuführungmagnetic valve for the Coolant supply
- 2222
- Steuerleitungcontrol line
- 2323
- KraftstoffheizungHeating fuel
- 2424
- Drosselthrottle
- 2525
- Messfühlerprobe
- 2626
- NiederdruckkraftstoffleitungLow-pressure fuel line
- (von der Kraftstoffpumpe im Niederdruckkraftstofftank kommend)(of the fuel pump in the low pressure fuel tank)
- 2727
- Steuereinheit zur Druckerhöhung im Flüssiggasmoduscontrol unit to increase pressure in LPG mode
- 2828
- Pumpepump
Claims (16)
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Country | Link |
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